• Vesiniku avastamise ajalugu

    Kui see on kõige levinum keemiline element Maal, siis vesinik on kõige levinum element kogu universumis. Meie tähed (ja teised tähed) koosnevad umbes pooleldi vesinikust ja tähtedevahelise gaasi puhul on see 90% vesinikuaatomitest. Sellel keemilisel elemendil on ka Maal oluline koht, kuna koos hapnikuga on see osa veest ja selle nimi "vesinik" pärineb kahest vanakreeka sõnast: "vesi" ja "sünnitamine". Lisaks veele leidub enamikus vesinikku orgaaniline aine ja rakud, ilma selleta nagu ilma hapnikuta oleks Elu ise mõeldamatu.

    Vesiniku avastamise ajalugu

    Esimene teadlaste seas, kes märkas vesinikku, oli keskaja suur alkeemik ja arst Theophrastus Paracelsus. Oma alkeemilistes katsetes, lootes hapetega segades leida "tarkade kivi", sai Paracelsus varem tundmatu tuleohtliku gaasi. Tõsi, seda gaasi polnud kunagi võimalik õhust eraldada.

    Vaid poolteist sajandit pärast Paracelsust õnnestus prantsuse keemikul Lemeryl eraldada vesinik õhust ja tõestada selle süttivust. Tõsi, Lemery ei saanud kunagi aru, et tema saadud gaas oli puhas vesinik. Paralleelselt tegeles sarnaste keemiliste katsetega ka vene teadlane Lomonosov, kuid tõelise läbimurde vesiniku uurimisel tegi inglise keemik Henry Cavendish, keda peetakse õigusega vesiniku avastajaks.

    Aastal 1766 õnnestus Cavendishil saada puhast vesinikku, mida ta nimetas "süttivaks õhuks". Veel 20 aastat hiljem suutis andekas prantsuse keemik Antoine Lavoisier sünteesida vett ja eraldada sellest väga "süttiva õhu" - vesiniku. Ja muide, just Lavoisier pakkus vesinikule selle nime – “Hydrogenium”, tuntud ka kui “vesinik”.

    Antoine Lavoisier koos oma naisega, kes aitas tal läbi viia keemilisi katseid, sealhulgas vesiniku sünteesi.

    Korralduse keskmes keemilised elemendid Mendelejevi perioodilisustabelis on nende aatommass, mis on arvutatud vesiniku aatommassi suhtes. Ehk teisisõnu vesinik ja selle aatommass on perioodilisuse tabeli nurgakivi, tugipunkt, mille alusel suur keemik oma süsteemi lõi. Seetõttu pole üllatav, et vesinik on perioodilisuse tabelis auväärsel esikohal.

    Lisaks on vesinikul järgmised omadused:

    • Vesiniku aatommass on 1,00795.
    • Vesinikul on kolm isotoopi, millest igaühel on individuaalsed omadused.
    • Vesinik on väikese tihedusega kerge element.
    • Vesinikul on redutseerivad ja oksüdeerivad omadused.
    • Kui see puutub kokku metallidega, võtab vesinik vastu nende elektroni ja muutub oksüdeerivaks aineks. Selliseid ühendeid nimetatakse hüdraatideks.

    Vesinik on gaas, mille molekul koosneb kahest aatomist.

    Selline näeb skemaatiliselt välja vesiniku molekul.

    Sellistest kaheaatomilistest molekulidest moodustunud molekulaarne vesinik plahvatab, kui viia põleva tikuga. Plahvatuse käigus laguneb vesiniku molekul aatomiteks, mis muutuvad heeliumi tuumadeks. Täpselt nii juhtub Päikesel ja teistel tähtedel – vesiniku molekulide pideva lagunemise tõttu meie täht põletab ja soojendab meid oma soojusega.

    Vesiniku füüsikalised omadused

    Vesinikul on järgmised füüsikalised omadused:

    • Vesiniku keemistemperatuur on 252,76 °C;
    • Ja temperatuuril 259,14 °C hakkab see juba sulama.
    • Vesinik lahustub vees vähe.
    • Puhas vesinik on väga ohtlik plahvatus- ja tuleohtlik aine.
    • Vesinik on õhust 14,5 korda kergem.

    Vesiniku keemilised omadused

    Kuna vesinik võib sees olla erinevaid olukordi Nii oksüdeerijana kui ka redutseerijana kasutatakse seda reaktsioonide ja sünteeside läbiviimiseks.

    Vesiniku oksüdeerivad omadused interakteeruvad aktiivsete (tavaliselt leelis- ja leelismuldmetallidega), nende interaktsioonide tulemusena tekivad hüdriidid - soolataolised ühendid. Kuid hüdriidid tekivad ka vesiniku reaktsioonide käigus vähesega aktiivsed metallid.

    Vesiniku redutseerivatel omadustel on võime redutseerida metallid nende oksiididest lihtsateks aineteks, tööstuses nimetatakse seda hüdrogenotermiaks.

    Kuidas saada vesinikku?

    Vesiniku tootmise tööstuslike vahendite hulgas on:

    • kivisöe gaasistamine,
    • metaani aurureformeerimine,
    • elektrolüüs.

    Laboris saab vesinikku saada:

    • metallhüdriidide hüdrolüüsi ajal,
    • kui leelis- ja leelismuldmetallid reageerivad veega,
    • kui lahjendatud happed interakteeruvad aktiivsete metallidega.

    Vesiniku rakendused

    Kuna vesinik on õhust 14 korda kergem, siis vanad ajad need olid täis topitud Õhupallid ja õhulaevad. Kuid pärast õhulaevadega toimunud katastroofe pidid disainerid otsima vesinikule asendust (pidage meeles, et puhas vesinik on plahvatusohtlik aine ja plahvatuse tekitamiseks piisas vähimastki sädemest).

    Hindenburgi õhulaeva plahvatus 1937. aastal, plahvatuse põhjuseks oli just vesiniku süttimine (lühise tõttu), millel see tohutu õhulaev lendas.

    Seetõttu sarnaste jaoks lennukid vesiniku asemel hakati kasutama heeliumi, mis on ka õhust kergem, kuid heeliumi saamine on töömahukam, kuid see pole nii plahvatusohtlik kui vesinik.

    Puhastamiseks kasutatakse ka vesinikku erinevat tüüpi kütused, eriti need, mis põhinevad naftal ja naftatoodetel.

    Vesinik, video

    Ja lõpuks õppevideo meie artikli teemal.


    • Vesinik on gaas, see on perioodilises tabelis esimesel kohal. Selle looduses laialt levinud elemendi nimi on ladina keelest tõlgitud kui "vee tekitamine". Nii et milline füüsiline ja Keemilised omadused vesinik, kas me teame?

    Vesinik: üldine teave

    Normaaltingimustes ei ole vesinikul maitset, lõhna ega värvi.

    Riis. 1. Vesiniku valem.

    Kuna aatomil on üks elektrooniline energiatase, mis võib sisaldada maksimaalselt kahte elektroni, siis stabiilse oleku korral võib aatom kas vastu võtta ühe elektroni (oksüdatsiooniaste -1) või loobuda ühest elektronist (oksüdatsiooniaste +1), mis näitab konstantne valents I Seetõttu ei paigutata elemendi vesiniku sümbolit mitte ainult rühma IA (I rühma põhialarühm) koos leelismetallidega, vaid ka rühma VIIA (VII rühma põhialarühm) koos halogeenidega. . Halogeeni aatomitel puudub ka üks elektron välise tasandi täitmiseks ja nad, nagu vesinik, on mittemetallid. Vesiniku eksponeerib positiivne aste oksüdatsioon ühendites, kus see on seotud elektronegatiivsemate mittemetalliliste elementidega, ja negatiivne aste oksüdatsioon – ühendites metallidega.

    Riis. 2. Vesiniku asukoht perioodilisustabelis.

    Vesinikul on kolm isotoopi, millest igaühel on oma nimi: protium, deuteerium, triitium. Viimaste hulk Maal on tühine.

    Vesiniku keemilised omadused

    Lihtaines H2 on aatomitevaheline side tugev (sideme energia 436 kJ/mol), seetõttu on molekulaarse vesiniku aktiivsus madal. Normaaltingimustes reageerib see ainult väga reaktiivsete metallidega ja ainus mittemetall, millega vesinik reageerib, on fluor:

    F 2 + H 2 = 2HF (vesinikfluoriid)

    Vesinik reageerib teiste lihtainetega (metallid ja mittemetallid) ja kompleksainetega (oksiidid, määratlemata orgaanilised ühendid) kas kiiritamisel ja kõrgemal temperatuuril või katalüsaatori juuresolekul.

    Vesinik põleb hapnikus, eraldades märkimisväärse koguse soojust:

    2H2 +O2 = 2H20

    Vesiniku ja hapniku segu (2 mahuosa vesinikku ja 1 mahuosa hapnikku) plahvatab süttimisel ägedalt ja seetõttu nimetatakse seda detoneerivaks gaasiks. Vesinikuga töötamisel tuleb järgida ohutusnõudeid.

    Riis. 3. Plahvatusohtlik gaas.

    Katalüsaatorite juuresolekul võib gaas reageerida lämmastikuga:

    3H2 +N2 = 2NH3

    – see reaktsioon kõrgel temperatuuril ja rõhul tekitab tööstuses ammoniaaki.

    Kõrgetel temperatuuridel on vesinik võimeline reageerima väävli, seleeni ja telluuriga. ning koostoimel leelis- ja leelismuldmetallidega tekivad hüdriidid: 4.3. Kokku saadud hinnanguid: 186.

    Vesinik H on keemiline element, üks levinumaid meie universumis. Vesiniku kui elemendi mass ainete koostises moodustab 75% muud tüüpi aatomite kogusisaldusest. See on osa planeedi kõige olulisemast ja elutähtsamast ühendist – veest. Iseloomulik omadus Vesinik on ka asjaolu, et see on esimene element D. I. Mendelejevi perioodilises keemiliste elementide süsteemis.

    Avastamine ja uurimine

    Esimene mainimine vesiniku kohta Paracelsuse kirjutistes pärineb kuueteistkümnendast sajandist. Kuid selle eraldamise õhugaasi segust ja tuleohtlike omaduste uurimist viis teadlane Lemery läbi juba XVII sajandil. Vesinikku uuris põhjalikult inglise keemik, füüsik ja loodusteadlane, kes katseliselt tõestas, et vesiniku mass on teiste gaasidega võrreldes väikseim. Teaduse arengu järgnevatel etappidel töötasid temaga koos paljud teadlased, eriti Lavoisier, kes nimetas teda "vee sünnitajaks".

    Omadused positsiooni järgi PSHE-s

    Avamiselement perioodilisustabel D.I. Mendelejev on vesinik. Aatomi füüsikalised ja keemilised omadused näitavad teatud duaalsust, kuna vesinik liigitatakse samaaegselt esimesse, põhialarühma kuuluvaks, kui see käitub nagu metall ja annab keemilise reaktsiooni käigus ära ühe elektroni. seitsmendani - valentskesta täieliku täitmise korral, see tähendab aktsepteerimisnegatiivse osakese, mis iseloomustab seda halogeenidega sarnasena.

    Elemendi elektroonilise struktuuri tunnused

    Keeruliste ainete omadused, milles see sisaldub, ja lihtne aine H2 määrab peamiselt vesiniku elektrooniline konfiguratsioon. Osakesel on üks elektron, mille Z= (-1), mis pöörleb oma orbiidil ümber tuuma, mis sisaldab üht prootonit massiühiku ja positiivse laenguga (+1). Selle elektrooniline konfiguratsioon on kirjutatud kui 1s 1, mis tähendab ühe negatiivse osakese olemasolu vesiniku kõige esimeses ja ainsas s-orbitaalis.

    Kui elektron eemaldatakse või loobutakse ja selle elemendi aatomil on selline omadus, et see on seotud metallidega, saadakse katioon. Sisuliselt on vesinikuioon positiivne elementaarosake. Seetõttu nimetatakse vesinikku, millelt elektron puudub, lihtsalt prootoniks.

    Füüsikalised omadused

    Vesiniku lühikirjelduseks võib öelda, et see on värvitu, kergelt lahustuv gaas, mille suhteline aatommass on 2, 14,5 korda õhust kergem ja mille veeldustemperatuur on -252,8 kraadi Celsiuse järgi.

    Kogemuste põhjal saate hõlpsalt kontrollida, kas H 2 on kõige kergem. Selleks piisab, kui täita kolm palli erinevate ainetega - vesinik, süsihappegaas, tavaline õhk - ja vabastada need samaaegselt käest. Kõige kiiremini jõuab maapinnale CO 2 -ga täidetud, pärast seda õhuseguga täispuhutu laskub alla ja H 2 sisaldav tõuseb lakke.

    Vesinikuosakeste väike mass ja suurus õigustavad selle võimet tungida erinevatesse ainetesse. Sama palli näitel on seda lihtne kontrollida paari päeva pärast, kuna gaas läheb lihtsalt läbi kummi. Vesinik võib akumuleeruda ka mõne metalli (pallaadium või plaatina) struktuuris ja sealt temperatuuri tõustes aurustuda.

    Vesiniku vähese lahustuvuse omadust kasutatakse laboripraktikas selle isoleerimiseks vesiniku väljatõrjumise teel (allpool näidatud tabel sisaldab peamisi parameetreid), et määrata selle rakendusala ja tootmismeetodid.

    Lihtaine aatomi või molekuli parameeterTähendus
    Aatommass (moolmass)1,008 g/mol
    Elektrooniline konfiguratsioon 1s 1
    KristallrakkKuusnurkne
    Soojusjuhtivus(300 K) 0,1815 W/(m K)
    Tihedus n juures. u.0,08987 g/l
    Keemistemperatuur-252,76 °C
    Eripõlemissoojus120,9 10 6 J/kg
    Sulamistemperatuur-259,2 °C
    Lahustuvus vees18,8 ml/l

    Isotoopne koostis

    Nagu paljudel teistel keemiliste elementide perioodilise süsteemi esindajatel, on vesinikul mitu looduslikku isotoopi, see tähendab aatomeid, mille tuumas on sama arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid - nulllaengu ja ühikulise massiga osakesed. Sarnaste omadustega aatomite näideteks on hapnik, süsinik, kloor, broom ja teised, sealhulgas radioaktiivsed.

    Füüsikalised omadused vesinik 1H, selle rühma esindajatest kõige levinum, erineb oluliselt oma kolleegide samadest omadustest. Eelkõige erinevad neis sisalduvate ainete omadused. Seega on tavaline ja deutereeritud vesi, mis sisaldab vesinikuaatomi asemel ühe prootoni deuteeriumi 2 H - selle isotoopi kahega. elementaarosakesed: positiivne ja laenguta. See isotoop on kaks korda raskem kui tavaline vesinik, mis seletab nendest moodustatud ühendite omaduste dramaatilist erinevust. Looduses leidub deuteeriumi 3200 korda harvemini kui vesinikku. Kolmas esindaja on triitium 3H, selle tuumas on kaks neutronit ja üks prooton.

    Tootmis- ja isoleerimismeetodid

    Laboratoorsed ja tööstuslikud meetodid on üsna erinevad. Seega toodetakse gaasi väikestes kogustes peamiselt mineraalainetega seotud reaktsioonide kaudu, suuremahulises tootmises kasutatakse aga suuremal määral orgaanilist sünteesi.

    Laboris kasutatakse järgmisi keemilisi koostoimeid:


    Tööstuslikel eesmärkidel toodetakse gaasi järgmistel meetoditel:

    1. Metaani termiline lagunemine katalüsaatori juuresolekul selle koostisosadeks lihtsateks aineteks (sellise indikaatori väärtus, kui temperatuur ulatub 350 kraadini) - vesinik H2 ja süsinik C.
    2. Aurulise vee laskmine läbi koksi 1000 kraadi Celsiuse järgi moodustumiseks süsinikdioksiid CO 2 ja H 2 (kõige levinum meetod).
    3. Metaangaasi muundamine nikkelkatalüsaatoril temperatuuril kuni 800 kraadi.
    4. Vesinik on elektrolüüsi kõrvalsaadus vesilahused kaalium- või naatriumkloriidid.

    Keemilised koostoimed: üldsätted

    Vesiniku füüsikalised omadused selgitavad suuresti selle käitumist reaktsiooniprotsessides konkreetse ühendiga. Vesiniku valents on 1, kuna see asub perioodilisuse tabeli esimeses rühmas ja oksüdatsiooniaste on erinev. Kõigis ühendites, välja arvatud hüdriidid, vesinik d.o. = (1+), CN, CN 2, CN 3 - (1-) tüüpi molekulides.

    Üldistatud elektronpaari loomisel tekkinud vesinikgaasi molekul koosneb kahest aatomist ja on energeetiliselt üsna stabiilne, mistõttu on tavatingimustes mõnevõrra inertne ja reageerib normaaltingimuste muutumisel. Sõltuvalt vesiniku oksüdatsiooniastmest teiste ainete koostises võib see toimida nii oksüdeeriva ainena kui ka redutseerijana.

    Ained, millega vesinik reageerib ja moodustub

    Elementide vastasmõju komplekssete ainete moodustamiseks (sageli kõrgendatud temperatuuridel):

    1. Leelis- ja leelismuldmetall + vesinik = hüdriid.
    2. Halogeen + H 2 = vesinikhalogeniid.
    3. Väävel + vesinik = vesiniksulfiid.
    4. Hapnik + H 2 = vesi.
    5. Süsinik + vesinik = metaan.
    6. Lämmastik + H 2 = ammoniaak.

    Suhtlemine komplekssed ained:

    1. Sünteesgaasi tootmine süsinikmonooksiidist ja vesinikust.
    2. Metallide redutseerimine nende oksiididest H2 abil.
    3. Küllastumata alifaatsete süsivesinike küllastumine vesinikuga.

    Vesinikside

    Vesiniku füüsikalised omadused on sellised, et need võimaldavad tal koos elektronegatiivse elemendiga moodustada eri tüüpi sideme sama aatomiga naabermolekulidest, millel on üksikud elektronpaarid (näiteks hapnik, lämmastik ja fluor). Selgeim näide, milles seda nähtust on parem käsitleda, on vesi. Võib öelda, et see on õmmeldud vesiniksidemetega, mis on nõrgemad kui kovalentsed või ioonsed, kuid kuna neid on palju, mõjutavad need oluliselt aine omadusi. Põhimõtteliselt on vesiniksidemed elektrostaatiline interaktsioon, mis seob veemolekulid dimeerideks ja polümeerideks, põhjustades selle kõrge keemistemperatuuri.

    Vesinik mineraalsetes ühendites

    Kõik sisaldavad prootonit, aatomi, näiteks vesiniku, katiooni. Ainet, mille happelise jäägi oksüdatsiooniaste on suurem kui (-1), nimetatakse mitmealuseliseks ühendiks. See sisaldab mitut vesinikuaatomit, mis muudab dissotsiatsiooni vesilahustes mitmeastmeliseks. Iga järgnevat prootonit on happejäägist järjest raskem eemaldada. Vesiniku kvantitatiivne sisaldus söötmes määrab selle happesuse.

    Rakendus inimtegevuses

    Aine balloonidel, aga ka muude vedelgaasidega, näiteks hapnikuga, mahutitel on spetsiifiline välimus. Need on värvitud tumeroheliseks ja helepunaseks on kirjutatud sõna "Hydrogen". Gaas pumbatakse silindrisse rõhu all umbes 150 atmosfääri. Vesiniku füüsikalised omadused, eelkõige gaasi kergus agregatsiooni olek, kasutatakse heeliumiga segatud õhupallide, õhupallide jms täitmiseks.

    Vesinik, mille füüsikalisi ja keemilisi omadusi õppisid kasutama aastaid tagasi, on praegu kasutusel paljudes tööstusharudes. Suurem osa sellest läheb ammoniaagi tootmiseks. Vesinik osaleb ka (hafnium, germaanium, gallium, räni, molübdeen, volfram, tsirkoonium jt) oksiidides, toimides reaktsioonis redutseerijana, vesiniktsüaniid- ja vesinikkloriidhapetes ning tehislikus vedelkütuses. Toiduainetööstus kasutab seda taimeõlide muundamiseks tahketeks rasvadeks.

    Määrati vesiniku keemilised omadused ja kasutamine erinevates rasvade, söe, süsivesinike, õlide ja kütteõli hüdrogeenimise ja hüdrogeenimise protsessides. Seda kasutatakse vääriskivide, hõõglampide ning metalltoodete sepistamiseks ja keevitamiseks hapniku-vesiniku leegi mõjul.

    Vesiniku keemilised omadused

    Tavalistes tingimustes on molekulaarne vesinik suhteliselt vähe aktiivne, kombineerides otseselt ainult kõige aktiivsemate mittemetallidega (fluoriga ja valguses klooriga). Kuumutamisel reageerib see aga paljude elementidega.

    Vesinik reageerib lihtsate ja keeruliste ainetega:

    - Vesiniku interaktsioon metallidega viib keeruliste ainete - hüdriidide moodustumiseni, mille keemilistes valemites on metalliaatom alati esikohal:


    Kõrgel temperatuuril reageerib vesinik otse mõne metalliga(leelis-, leelismuld- ja teised), moodustades valgeid kristalseid aineid - metallhüdriide (Li H, Na H, KH, CaH 2 jne):

    H2 + 2Li = 2LiH

    Metallhüdriidid lagunevad kergesti vee toimel, moodustades vastava leelise ja vesiniku:

    Sa H2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

    - Kui vesinik interakteerub mittemetallidega tekivad lenduvad vesinikuühendid. IN keemiline valem lenduv vesinikühend, vesinikuaatom võib olla kas esimesel või teisel kohal, olenevalt selle asukohast PSCE-s (vt plaati slaidil):

    1). Hapnikuga Vesinik moodustab vett:

    Video "Vesiniku põlemine"

    2H2 + O2 = 2H2O + Q

    Normaaltemperatuuril kulgeb reaktsioon äärmiselt aeglaselt, üle 550°C - plahvatusega (nimetatakse seguks 2 mahuosast H 2 ja 1 mahuosast O 2 plahvatusohtlik gaas) .

    Video "Detoneeriva gaasi plahvatus"

    Video "Plahvatusohtliku segu valmistamine ja plahvatus"

    2). Halogeenidega Vesinik moodustab vesinikhalogeniide, näiteks:

    H2 + Cl2 = 2HCl

    Samal ajal plahvatab Vesinik koos fluoriga (isegi pimedas ja -252°C juures), reageerib kloori ja broomiga ainult valgustamisel või kuumutamisel ning joodiga ainult kuumutamisel.

    3). Lämmastikuga Vesinik reageerib ammoniaagiks:

    ZN2 + N2 = 2NH3

    ainult katalüsaatoril ja kõrgendatud temperatuuridel ja rõhul.

    4). Kuumutamisel reageerib vesinik intensiivselt väävliga:

    H2 + S = H2S (vesiniksulfiid),

    palju keerulisem seleeni ja telluuriga.

    5). Puhta süsinikuga Vesinik võib reageerida ilma katalüsaatorita ainult kõrgetel temperatuuridel:

    2H2 + C (amorfne) = CH4 (metaan)

    - Vesinik läbib asendusreaktsiooni metallioksiididega , sel juhul tekib toodetes vesi ja metall väheneb. Vesinik - omab redutseeriva aine omadusi:


    Kasutatakse vesinikku paljude metallide taaskasutamiseks, kuna see võtab nende oksiididest hapniku ära:

    Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O jne.

    Vesiniku rakendused

    Video "Vesiniku kasutamine"

    Praegu toodetakse vesinikku tohututes kogustes. Väga suur osa sellest kasutatakse ammoniaagi sünteesil, rasvade hüdrogeenimisel ning kivisöe, õlide ja süsivesinike hüdrogeenimisel. Lisaks kasutatakse vesinikku vesinikkloriidhappe, metüülalkoholi, vesiniktsüaniidhappe sünteesiks, metallide keevitamisel ja sepistamisel, samuti hõõglampide ja vääriskivide valmistamisel. Vesinikku müüakse balloonides rõhuga üle 150 atm. Need on värvitud tumeroheliseks ja neil on punane kiri "Vesinik".

    Vesinikku kasutatakse vedelate rasvade muundamiseks tahketeks rasvadeks (hüdrogeenimine), mis toodab söe ja kütteõli hüdrogeenimise teel vedelkütust. Metallurgias kasutatakse vesinikku oksiidide või kloriidide redutseerijana metallide ja mittemetallide (germaanium, räni, gallium, tsirkoonium, hafnium, molübdeen, volfram jne) tootmiseks.

    Vesiniku praktilised kasutusalad on mitmekesised: seda kasutatakse tavaliselt sondiõhupallide täitmiseks, keemiatööstuses on see tooraine paljude väga oluliste toodete (ammoniaak jne) tootmisel, toiduainetööstuses - tootmiseks. tahkete rasvade tootmine taimeõlidest jne. Kõrget temperatuuri (kuni 2600 °C), mis saadakse vesiniku põletamisel hapnikus, kasutatakse tulekindlate metallide, kvartsi jms sulatamiseks. Vedel vesinik on üks tõhusamaid lennukikütuseid. Ülemaailmne vesiniku tarbimine ületab 1 miljonit tonni aastas.

    SIMULAATORID

    nr 2. Vesinik

    ÜLESANDE ÜLESANDED

    Ülesanne nr 1
    Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid vesiniku koostoime kohta järgmiste ainetega: F 2, Ca, Al 2 O 3, elavhõbe(II)oksiid, volfram(VI)oksiid. Nimetage reaktsiooniproduktid, märkige reaktsioonide liigid.

    Ülesanne nr 2
    Tehke teisendused vastavalt skeemile:
    H2O -> H2 -> H2S -> SO 2

    Ülesanne nr 3.
    Arvutage välja vee mass, mida saab 8 g vesiniku põletamisel?

    MÄÄRATLUS

    Vesinik- esimene element Perioodilisustabel keemilised elemendid D.I. Mendelejev. Sümbol - N.

    Aatommass – 1 amu. Vesiniku molekul on kaheaatomiline - H2.

    Vesinikuaatomi elektrooniline konfiguratsioon on 1s 1. Vesinik kuulub s-elementide perekonda. Selle ühendite oksüdatsiooniastmed on -1, 0, +1. Looduslik vesinik koosneb kahest stabiilsest isotoobist - protium 1H (99,98%) ja deuteerium 2H (D) (0,015%) - ning radioaktiivsest isotoobist triitium 3H (T) (jälgedes, poolestusaeg - 12,5 aastat).

    Vesiniku keemilised omadused

    Normaalsetes tingimustes on molekulaarsel vesinikul suhteliselt madal reaktsioonivõime, mis on seletatav sidemete suure tugevusega molekulis. Kuumutamisel interakteerub see peaaegu kõigi lihtsate ainetega, mille moodustavad põhialarühmade elemendid (välja arvatud väärisgaasid, B, Si, P, Al). IN keemilised reaktsioonid võib toimida nii redutseeriva ainena (sagedamini) kui ka oksüdeeriva ainena (harvemini).

    Vesiniku eksponeerib redutseeriva aine omadused(H20-2e → 2H+) järgmistes reaktsioonides:

    1. Koostoime reaktsioonid lihtainetega - mittemetallidega. Vesinik reageerib halogeenidega, pealegi interaktsiooni reaktsioon fluoriga tavatingimustes, pimedas, plahvatusega, klooriga - valgustuse (või UV-kiirguse) all ahelmehhanismi järgi, broomi ja joodiga ainult kuumutamisel; hapnikku(hapniku ja vesiniku segu ruumalasuhtes 2:1 nimetatakse plahvatusohtlikuks gaasiks), hall, lämmastik Ja süsinik:

    H2 + Hal2 = 2HHal;

    2H2 + O2 = 2H20 + Q (t);

    H2 + S = H2S (t = 150-300 °C);

    3H2 + N2↔ 2NH3 (t = 500C, p, kat = Fe, Pt);

    2H2 + C ↔ CH4 (t, p, kat).

    2. Kompleksainetega koostoime reaktsioonid. Vesinik reageerib madala aktiivsusega metallide oksiididega, ja see on võimeline redutseerima ainult metalle, mis asuvad tsingist paremal asuvas tegevussarjas:

    CuO + H2 = Cu + H20 (t);

    Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H20 (t);

    WO3 + 3H2 = W + 3H20 (t).

    Vesinik reageerib mittemetallide oksiididega:

    H 2 + CO 2 ↔ CO + H 2 O (t);

    2H 2 + CO ↔ CH 3 OH (t = 300C, p = 250 – 300 atm, kat = ZnO, Cr 2 O 3).

    Vesinik siseneb hüdrogeenimisreaktsioonidesse tsükloalkaanide, alkeenide, areenide, aldehüüdide ja ketoonide jne klassi kuuluvate orgaaniliste ühenditega. Kõik need reaktsioonid viiakse läbi kuumutamisel, rõhu all, kasutades katalüsaatorina plaatinat või niklit:

    CH2 = CH2 + H2 ↔ CH3-CH3;

    C6H6 + 3H2↔ C6H12;

    C3H6 + H2↔ C3H8;

    CH3CHO + H2↔ CH3-CH2-OH;

    CH3-CO-CH3 + H2↔ CH3-CH(OH)-CH3.

    Vesinik oksüdeeriva ainena(H 2 +2e → 2H -) ilmneb reaktsioonides leelis- ja leelismuldmetallidega. Sel juhul moodustuvad hüdriidid - kristalsed ioonühendid, milles vesiniku oksüdatsiooniaste on -1.

    2Na +H2 ↔ 2NaH (t, p).

    Ca + H 2 ↔ CaH 2 (t, p).

    Vesiniku füüsikalised omadused

    Vesinik on kerge, värvitu ja lõhnatu gaas, mille tihedus on ümbritseva keskkonna tingimustes. – 0,09 g/l, õhust 14,5 korda kergem, t keema = -252,8C, t pl = -259,2C. Vesinik lahustub halvasti vees ja orgaanilistes lahustites, see lahustub hästi mõnes metallis: nikkel, pallaadium, plaatina.

    Kaasaegse kosmokeemia järgi on vesinik universumis kõige levinum element. Vesiniku olemasolu peamine vorm avakosmos- üksikud aatomid. Vesinik on kõigi elementide hulgas Maal 9. kohal. Põhiline vesiniku kogus Maal on seotud olekus – vee, nafta, maagaasi, kivisöe jne koostises. Vesinikku leidub harva lihtsa aine kujul – vulkaaniliste gaaside koostises.

    Vesiniku tootmine

    Vesiniku tootmiseks on laboratoorsed ja tööstuslikud meetodid. Laboratoorsed meetodid hõlmavad metallide koostoimet hapetega (1), samuti alumiiniumi koostoimet leeliste vesilahustega (2). Tööstuslike vesiniku tootmise meetodite hulgas mängivad olulist rolli leeliste ja soolade vesilahuste elektrolüüs (3) ja metaani muundamine (4):

    Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1);

    2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3 H2 (2);

    2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (3);

    CH 4 + H 2 O ↔ CO + H 2 (4).

    Näited probleemide lahendamisest

    NÄIDE 1

    Harjutus Kui 23,8 g metallilist tina reageeris vesinikkloriidhappe liiaga, eraldus vesinikku koguses, mis oli piisav 12,8 g metallilise vase saamiseks. Määrake saadud ühendis tina oksüdatsiooniaste.
    Lahendus Põhineb elektrooniline struktuur tinaaatom (...5s 2 5p 2), võime järeldada, et tina iseloomustab kaks oksüdatsiooniastet - +2, +4. Selle põhjal koostame võimalike reaktsioonide võrrandid:

    Sn + 2HCl = H2 + SnCl2 (1);

    Sn + 4HCl = 2H2 + SnCl4 (2);

    CuO + H2 = Cu + H2O (3).

    Leiame vase aine koguse:

    v(Cu) = m(Cu)/M(Cu) = 12,8/64 = 0,2 mol.

    Vastavalt võrrandile 3 on vesiniku aine kogus:

    v(H2) = v(Cu) = 0,2 mol.

    Teades tina massi, leiame selle aine koguse:

    v(Sn) = m(Sn)/M(Sn) = 23,8/119 = 0,2 mol.

    Võrdleme tina ja vesiniku ainete koguseid võrrandite 1 ja 2 järgi ning vastavalt ülesande tingimustele:

    v1 (Sn): v1 (H2) = 1:1 (võrrand 1);

    v2 (Sn): v2 (H2) = 1:2 (võrrand 2);

    v(Sn): v(H2) = 0,2:0,2 = 1:1 (probleemne tingimus).

    Seetõttu reageerib tina vastavalt võrrandile 1 vesinikkloriidhappega ja tina oksüdatsiooniaste on +2.
    Vastus Tina oksüdatsiooniaste on +2.

    NÄIDE 2

    Harjutus Gaas, mis vabanes 2,0 g tsingi toimel 18,7 ml 14,6% vesinikkloriidhappe kohta (lahuse tihedus 1,07 g/ml), lasti läbi kuumutamisel 4,0 g vask(II)oksiidiga. Kui suur on saadud tahke segu mass?
    Lahendus Kui tsink toimib vesinikkloriidhape vesinik vabaneb:

    Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H2 (1),

    mis kuumutamisel redutseerib vask(II)oksiidi vaseks(2):

    CuO + H 2 = Cu + H 2 O.

    Leiame ainete kogused esimeses reaktsioonis:

    m (HCl lahus) = 18,7. 1,07 = 20,0 g;

    m(HCl) = 20,0. 0,146 = 2,92 g;

    v(HCl) = 2,92/36,5 = 0,08 mol;

    v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 mol.

    Tsingist on puudus, seega vabaneb vesinik:

    v(H2) = v(Zn) = 0,031 mol.

    Teises reaktsioonis napib vesinikku, sest:

    v(СuО) = 4,0/80 = 0,05 mol.

    Reaktsiooni tulemusena muutub 0,031 mol CuO 0,031 mol Cu-ks ja massikadu on:

    m(СuО) – m(Сu) = 0,031×80 – 0,031×64 = 0,50 g.

    CuO ja Cu tahke segu mass pärast vesiniku läbimist on:

    4,0-0,5 = 3,5 g.
    Vastus CuO ja Cu tahke segu mass on 3,5 g.